长安储能研究院谭强团队锌空气电池催化剂研究取得突破

2023-12-07 17:28

最近几年,可充电金属空气电池由于成本低、环境友好、安全性能高等优势受到人们的广泛关注。其中，锌-空电池由于具有高的比能量密度而成为下一代最有希望的新能源电池，其理论能量密度为1350 kWh/kg。目前，对于可充式锌-空电池而言，研究热点在于开发高效的双功能催化剂来解决氧气在氧还原以及析氧反应过程中缓慢的动力学，进而提高电池的充放电效率，减少能量损耗。除此之外，人们还致力于寻找贵金属替代材料来降低锌-空电池催化剂的成本。

长安储能研究院是由长安绿电科技有限公司全额拨款、并与西安交大国家储能研究平台的多位教授科学家共建的新能源储能科研平台，聚焦储能领域的前沿技术研究和市场洞察。长安储能研究院科学家谭强为西安交通大学副教授，博士生导师，发明专利5件，发表期刊16条，担任中央企业横向合作课题、中国科学院长春应用化学研究所横向合作课题、中国工程物理研究院横向合作等多项课题主持。其一直致力于对燃料电池、锌空气电池和水系锌离子电池的革新与进步，积极探索稳定高效的能源解决方案。

近日，长安储能研究院谭强教授团队设计了一种高效的ORR/OER双功能催化（FeMn-N/S-C-1000）并实现了其在低温柔性电池中的应用。谭强团队通过采用杂原子（N、S）和双金属（Fe、Mn）共掺杂策略，创新之处在于利用了硫和氮这两种杂原子提高催化位点的密度，并通过双金属铁锰的协同效应增强了催化效能，极大地提升了锌-空气电池的充放电性能。

研究揭示，这种催化剂在碱性介质中的氧还原（ORR）和氧析出（OER）反应中都展现出了优异的催化活性，其半波电位和交换电流密度均高于现有的贵金属催化剂。耐久性测试表明，FeMn-N/S-C-1000在长时间运行中能够保持稳定的催化性能，这对于催化剂的商业化推广具有重大意义。此外，通过吸附中毒实验进一步证明了双原子催化剂的活性位点数量远超单原子催化剂，这一指标对催化性能的提升起到了决定性作用。

应用于锌-空气电池时，利用FeMn-N/S-C-1000组装的低温柔性可充电电池在-20 ℃和-40 ℃下的输出功率密度分别为47.9 mW cm-2和16.3 mW cm-2。也就是说，这种新型电池在常规温度下的高开路电压和峰值功率密度展示了其在能源设备中的高效表现。即便在极端的低温条件下，这种新型电池也展现了卓越的性能，尤其适用于那些在低温环境中运行的应用，如北极探险、冬季露营和某些特殊军事用途。